(57)【要約】【課題】化合物半導体層を精度良くパターン加工できるドライエッチング方法を提供すること。【解決手段】チャンバ内にプラズマを発生させて、基板上の複数の化合物半導体層を上層から下層へ向かってエッチングする（Ｓ１）。チャンバ内のプラズマの発光スペクトルを観測して、発光スペクトルの変化に基づいて特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを検出する（Ｓ４）。プラズマによるその特定の化合物半導体層のエッチングを継続しながら、レーザ干渉法によってその特定の化合物半導体層のエッチングレートを算出する（Ｓ５）。それらのエッチング開始タイミングとエッチングレートとに基づいて、その特定の化合物半導体層が所定の深さまでエッチングされるようにエッチング終了タイミングを設定して（Ｓ６）、エッチングを停止する（Ｓ７）。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に積層された互いに組成が異なる複数の化合物半導体層をエッチングするドライエッチング方法であって、
チャンバ内に上記複数の化合物半導体層が積層された上記基板を収容し、上記チャンバ内にプラズマを発生させて上記複数の化合物半導体層を上層から下層へ向かってエッチングするとともに、
上記チャンバ内のプラズマの発光スペクトルを観測して、上記発光スペクトルの変化に基づいて上記複数の化合物半導体層のうちの特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを検出し、
上記プラズマによる上記特定の化合物半導体層のエッチングを継続しながら、レーザ干渉法によって上記特定の化合物半導体層のエッチングレートを算出し、
上記エッチング開始タイミングと上記エッチングレートとに基づいて、上記特定の化合物半導体層が所定の深さまでエッチングされるようにエッチング終了タイミングを設定し、上記エッチング終了タイミングで上記プラズマによるエッチングを停止することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のドライエッチング方法において、
上記エッチング開始タイミングと上記エッチングレートとに基づく上記エッチング終了タイミングの算出を、コンピュータに行わせることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項３】
請求項２に記載のドライエッチング方法において、
上記特定の化合物半導体層が上記基板上に積層された厚さと上記プラズマによるエッチングの停止時に上記基板上に残るべき厚さとを上記コンピュータに入力し、それらの厚さに基づいて上記コンピュータに上記エッチング終了タイミングの算出を行わせることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項４】
請求項１に記載のドライエッチング方法において、
上記特定の化合物半導体層が上記プラズマによるエッチングの停止時に上記基板上に残るべき厚さを１００Åから５００Åまでの範囲内に設定することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項５】
請求項１に記載のドライエッチング方法において、
上記特定の化合物半導体層が上記基板上に積層された厚さは１５ｎｍ以上であることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項６】
基板上に積層された互いに組成が異なる複数の化合物半導体層をエッチングするドライエッチングシステムであって、
上記複数の化合物半導体層が積層された上記基板を収容するチャンバと、
上記チャンバ内にドライエッチングのためのプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
上記チャンバ内のプラズマの発光スペクトルを観測して、上記発光スペクトルの変化に基づいて上記複数の化合物半導体層のうちの特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを検出するプラズマモニタ部と、
上記プラズマによる上記特定の化合物半導体層のエッチング中に、レーザ干渉法によって上記特定の化合物半導体層のエッチングレートを算出するエッチングレート算出部と、
上記プラズマモニタ部が検出したエッチング開始タイミングと上記レーザ光干渉型終点検出装置が算出したエッチングレートとに基づいて、上記特定の化合物半導体層が所定の深さまでエッチングされるように上記プラズマによるエッチングを停止するエッチング終了タイミングを設定する制御部とを備えたドライエッチングシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のドライエッチングシステムにおいて、
上記基板の直上に相当する位置に、上記チャンバの壁面を通して上記プラズマの発光スペクトルを観測するための観測ポートが設けられていることを特徴とするドライエッチングシステム。
【請求項８】
請求項６に記載のドライエッチングシステムにおいて、
上記チャンバ内のプラズマ放電領域から５０ｍｍ以上離れた位置に、上記チャンバの壁面を通して上記プラズマの発光スペクトルを観測するための観測ポートが設けられていることを特徴とするドライエッチングシステム。
【請求項９】
基板上に積層された互いに組成が異なる複数の化合物半導体層を、ストライプ状のパターンをもつマスクを用いてエッチングして、上記基板上に上記複数の化合物半導体層からなるストライプ状のリッジ部を形成する半導体レーザ素子製造方法であって、
チャンバ内に上記複数の化合物半導体層が積層された上記基板を収容し、上記チャンバ内にプラズマを発生させて上記複数の化合物半導体層のうち上記マスクの両側に相当する部分を上層から下層へ向かってエッチングするとともに、
上記チャンバ内のプラズマの発光スペクトルを観測して、上記発光スペクトルの変化に基づいて上記複数の化合物半導体層のうちの特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを検出し、
上記プラズマによる上記特定の化合物半導体層のエッチングを継続しながら、レーザ干渉法によって上記特定の化合物半導体層のエッチングレートを算出し、
上記エッチング開始タイミングと上記エッチングレートとに基づいて、上記特定の化合物半導体層が所定の深さまでエッチングされるようにエッチング終了タイミングを設定し、上記エッチング終了タイミングで上記プラズマによるエッチングを停止して、上記複数の化合物半導体層のうち上記マスクの直下に残っている部分を上記リッジ部の少なくとも一部とすることを特徴とする半導体レーザ素子製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体レーザ素子製造方法において、
上記特定の化合物半導体層は或るエッチング液でエッチング可能な材料から成るとともに、上記特定の化合物半導体層の下層に上記エッチング液に対する耐性をもつエッチングストップ層が設けられており、
上記特定の化合物半導体層の上記プラズマによるエッチングを停止した後、上記特定の化合物半導体層を上記エッチング液でエッチングして、上記エッチングストップ層の表面を露出させるとともに、上記リッジ部の幅を調整することを特徴とする半導体レーザ素子製造方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の半導体レーザ素子製造方法において、
上記複数の化合物半導体層は、上記特定の化合物半導体層としてのＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、その表面に積層されたＧａＩｎＰ中間層とを少なくとも含み、
上記ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のエッチング開始タイミングを、上記Ａｌ元素の発光スペクトルを観測して検出することを特徴とする半導体レーザ素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はドライエッチング方法および装置に関し、より詳しくは、化合物半導体層をパターン加工するドライエッチング方法およびドライエッチングシステムに関する。
【０００２】
また、この発明は、リッジストライプ型半導体レーザ素子を作製する半導体レーザ素子製造方法を提供することにある。
【背景技術】
【０００３】
半導体レーザ素子としては、図１に示すように、リッジ部（図１の紙面に垂直にストライプ状に延びる部分）３０を有するＡｌＧａＩｎＰ系リッジストライプ型半導体レーザ素子が広く知られている。この半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に順次積層された、ｎ型ＧａＩｎＰ中間層２と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）をもつ活性層４と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ａと、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層６とを備え、さらにその上に、図１の紙面に垂直にストライプ状に延びるリッジ部３０をなすように、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂと、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層７と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８を備えている。リッジ部３０の両側面およびその両側のｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層６の表面は、ＳｉＯ２等からなる絶縁膜９で覆われている。リッジ部３０の上部をなすｐ型ＧａＡｓキャップ層８の上面にはＰ型オーミック電極１０が設けられている。さらに、それらの全体を覆うように、Ａｕからなる電極１２、１３が設けられている。基板１の裏面側にはＮ側電極１１が設けられている。
【０００４】
従来、この半導体レーザ素子のリッジ部３０は、次のような手順で形成されている（例えば特許文献１（特開２００３−６９１５４号公報）参照。）。まず、図１中のｐ型ＧａＡｓキャップ層８まで積層されたｎ型ＧａＡｓ基板１（これを「ウェハ」と呼び、符号２０で示す。）の上に、リッジ部形成のためのストライプ状パターンのマスク（例えばＳｉＯ２等からなる絶縁膜）を形成する。次に、塩素系ガスを用いたＩＣＰ（誘導結合プラズマ）ドライエッチングによって、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８からｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂ中の所定の深さ（例えばｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層６の上方５００Å〜３５００Åの位置）までドライエッチングする。このドライエッチングの終点は、ウェハ２０にレーザ光を照射して、ウェハ２０上の積層（屈折率が異なる複数の層を含む）によるレーザ光干渉波形をモニタし、エッチング進行に伴うレーザ光干渉波形の増減傾向および極大極小値に基づいて、エッチング深さを検知して決める（レーザ干渉法）。次に、フッ酸を用いて、ウェットエッチングを実施する。ここで、ＧａＡｓエッチングストップ層６はフッ酸に対して耐性があるため、ウェハ表面に対して垂直方向のエッチングはエッチングストップ層６の表面が露出した時点で停止する。あとは、フッ酸による横方向のエッチングによって、リッジ部３０が所定の幅（図１における横幅）になるような時間までエッチングを継続して終了する。
【０００５】
また、特許文献２（特開２００５−１２０４１号公報）や特許文献３（特開２００５−１５９２２９号公報）にも記載されているように、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層中に例えばＡｌＧａＡｓ層からなるドライエッチングストップ層を設けて、エッチングレート差を利用してそのドライエッチングストップ層の位置でエッチングを止めるプロセスも知られている。
【特許文献１】特開２００３−６９１５４号公報
【特許文献２】特開２００５−１２０４１号公報
【特許文献３】特開２００５−１５９２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１（特開２００３−６９１５４号公報）の方法でリッジ部を形成しようとした場合、次に述べるように、リッジ部を精度良く形成できないという問題がある。
【０００７】
すなわち、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂ中の所定の深さまでドライエッチングする工程で、ドライエッチングの終点検知のためにウェハにレーザ光を照射して得られるレーザ光干渉波形が、エッチング開始直後は乱れやすく、ウェハ間でばらつき、安定した波形を示さない。このため、エッチングの終点についての誤差が大きくなり、この結果、リッジ部の加工精度が低下する。
【０００８】
なお、エッチングの終点についての誤差を少なくするために、レーザ光干渉波形を人が直接観察して、エッチング対象がｐ型ＧａＡｓキャップ層８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂと順次切り替わってゆくのを認識し、エッチング対象がｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５になった時点から干渉波形の波数を数えてエッチングの終点を決める方法も考えられる。しかしながら、ウェハ間でレーザ光干渉波形がばらつく結果、干渉波形の波数を明確にカウントできない場合や、エッチング対象がｐ型ＧａＡｓキャップ層８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５と切り替わってゆくのを明確には判断できない場合がある。そのような場合、エッチング不足（アンダーエッチング）やエッチング過剰（オーバーエッチング）となり、この結果、リッジ部の加工精度が低下する。
【０００９】
また、特許文献２（特開２００５−１２０４１号公報）や特許文献３（特開２００５−１５９２２９号公報）の方法でリッジ部を形成しようとした場合、ＡｌＧａＡｓ層をドライエッチングストップ層として機能させるために、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５を塩素ガスと酸素ガスだけを用いてエッチングすると、エッチングの垂直性が悪く、またエッチングレートが遅い。このため、リッジ部を精度良く形成できないという問題がある。また、エッチングガス中に稀ガスを混在させると、エッチングの垂直性やエッチングレートを改善できるが、稀ガス元素による物理的なエッチングが生じることから、ＡｌＧａＡｓ層がドライエッチングストップ層として有効に機能しない。結局、リッジ部を精度良く形成できない。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、化合物半導体層を精度良くパターン加工できるドライエッチング方法およびドライエッチングシステムを提供することにある。
【００１１】
また、この発明の課題は、化合物半導体層からなるリッジ部を精度良く形成できる半導体レーザ素子製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、この発明のドライエッチング方法は、基板上に積層された互いに組成が異なる複数の化合物半導体層をエッチングするドライエッチング方法であって、
チャンバ内に上記複数の化合物半導体層が積層された上記基板を収容し、上記チャンバ内にプラズマを発生させて上記複数の化合物半導体層を上層から下層へ向かってエッチングするとともに、
上記チャンバ内のプラズマの発光スペクトルを観測して、上記発光スペクトルの変化に基づいて上記複数の化合物半導体層のうちの特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを検出し、
上記プラズマによる上記特定の化合物半導体層のエッチングを継続しながら、レーザ干渉法によって上記特定の化合物半導体層のエッチングレートを算出し、
上記エッチング開始タイミングと上記エッチングレートとに基づいて、上記特定の化合物半導体層が所定の深さまでエッチングされるようにエッチング終了タイミングを設定し、上記エッチング終了タイミングで上記プラズマによるエッチングを停止することを特徴とする。
【００１３】
ここで、「上層から下層へ向かって」とは、上記複数の化合物半導体層のうち上記基板に対して最も遠い層から近い層へ向かってという意味である。
【００１４】
この発明のドライエッチング方法では、上記チャンバ内にプラズマを発生させて上記複数の化合物半導体層を上層から下層へ向かってエッチングするとともに、上記チャンバ内のプラズマの発光スペクトルを観測して、上記発光スペクトルの変化に基づいて上記複数の化合物半導体層のうちの特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを検出する（このことは、特に、上記特定の化合物半導体層が上記複数の化合物半導体層のうちの最上層以外の層である場合に有効である。）。したがって、上記特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを精度良く検出できる。また、レーザ干渉法によって上記特定の化合物半導体層のエッチングレートを算出するとき、上記複数の化合物半導体層のエッチング開始直後とは異なり、上記特定の化合物半導体層のエッチング中はレーザ光干渉波形が安定したものとなる。したがって、上記プラズマによる上記特定の化合物半導体層のエッチングを継続している間の、上記特定の化合物半導体層のエッチングレート（平均的なエッチングレート）を精度良く算出できる。これらの結果、上記エッチング開始タイミングと上記エッチングレートとに基づいてエッチング終了タイミングを設定し、上記エッチング終了タイミングで上記プラズマによるエッチングを停止すれば、上記特定の化合物半導体層が所定の深さまで精度良くエッチングされる。このようにして、この発明のドライエッチング方法によれば、化合物半導体層を精度良くパターン加工できる。
【００１５】
なお、一般に、ドライエッチング処理を複数バッチ連続して行えば、たとえチャンバ内の温度制御を行っていたとしても、ドライエッチング処理を連続して行う間にチャンバ内の温度が上昇するため、バッチ間のエッチングレートばらつきが生じる。しかしながら、この発明のドライエッチング方法では、上記特定の化合物半導体層のエッチング終了タイミング設定をバッチ毎に行えるので、ドライエッチング処理を連続して行う間にチャンバ内の温度が上昇したとしても、各バッチ（枚葉式の場合は各ウェハ）について上記特定の化合物半導体層のエッチング終了タイミングを適切に設定できる。したがって、上記特定の化合物半導体層が所定の深さまで精度良くエッチングされる。
【００１６】
一実施形態のドライエッチング方法は、上記エッチング開始タイミングと上記エッチングレートとに基づく上記エッチング終了タイミングの算出を、コンピュータに行わせることを特徴とする。
【００１７】
この一実施形態のドライエッチング方法では、上記エッチング開始タイミングと上記エッチングレートとに基づく上記エッチング終了タイミングの算出を、コンピュータに行わせるので、上記エッチング終了タイミングをリアルタイムで迅速に行うことができる。
【００１８】
一実施形態のドライエッチング方法は、上記特定の化合物半導体層が上記基板上に積層された厚さと上記プラズマによるエッチングの停止時に上記基板上に残るべき厚さとを上記コンピュータに入力し、それらの厚さに基づいて上記コンピュータに上記エッチング終了タイミングの算出を行わせることを特徴とする。
【００１９】
一実施形態のドライエッチング方法は、上記特定の化合物半導体層が上記プラズマによるエッチングの停止時に上記基板上に残るべき厚さを１００Åから５００Åまでの範囲内に設定することを特徴とする。
【００２０】
一実施形態のドライエッチング方法は、上記特定の化合物半導体層が上記基板上に積層された厚さは１５ｎｍ以上であることを特徴とする。
【００２１】
この一実施形態のドライエッチング方法は、上記特定の化合物半導体層が上記基板上に積層された厚さは１５ｎｍ以上であるから、上記特定の化合物半導体層をなす元素のプラズマが十分にチャンバ内に広がる。したがって、上記特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを精度良く検出できる。
【００２２】
この発明のドライエッチングシステムは、基板上に積層された互いに組成が異なる複数の化合物半導体層をエッチングするドライエッチングシステムであって、
上記複数の化合物半導体層が積層された上記基板を収容するチャンバと、
上記チャンバ内にドライエッチングのためのプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
上記チャンバ内のプラズマの発光スペクトルを観測して、上記発光スペクトルの変化に基づいて上記複数の化合物半導体層のうちの特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを検出するプラズマモニタ部と、
上記プラズマによる上記特定の化合物半導体層のエッチング中に、レーザ干渉法によって上記特定の化合物半導体層のエッチングレートを算出するエッチングレート算出部と、
上記プラズマモニタ部が検出したエッチング開始タイミングと上記レーザ光干渉型終点検出装置が算出したエッチングレートとに基づいて、上記特定の化合物半導体層が所定の深さまでエッチングされるように上記プラズマによるエッチングを停止するエッチング終了タイミングを設定する制御部とを備えたドライエッチングシステム。
【００２３】
この発明のドライエッチングシステムによれば、上記発明のドライエッチング方法を実施することができる。
【００２４】
なお、エッチングレート算出部としては、既存のレーザ光干渉型終点検出装置を利用するのが望ましい。
【００２５】
また、制御部としては、コンピュータ、例えばパーソナルコンピュータ（以下「パソコン」と略称する。）を利用するのが望ましい。
【００２６】
一実施形態のドライエッチングシステムでは、上記基板の直上に相当する位置に、上記チャンバの壁面を通して上記プラズマの発光スペクトルを観測するための観測ポートが設けられていることを特徴とする。
【００２７】
この一実施形態のドライエッチングシステムでは、上記チャンバの壁面を通して上記プラズマの発光スペクトルを観測するための観測ポートが、上記基板の直上に相当する位置に設けられているので、上記プラズマの発光スペクトルの検出感度が高まる。したがって、上記特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを精度良く検出できる。
【００２８】
一実施形態のドライエッチングシステムでは、上記チャンバ内のプラズマ放電領域から５０ｍｍ以上離れた位置に、上記チャンバの壁面を通して上記プラズマの発光スペクトルを観測するための観測ポートが設けられていることを特徴とする。
【００２９】
この一実施形態のドライエッチングシステムでは、上記チャンバの壁面を通して上記プラズマの発光スペクトルを観測するための観測ポートが、上記チャンバ内のプラズマ放電領域から５０ｍｍ以上離れた位置に設けられているので、上記観測ポートにエッチング残渣が付着しにくく、上記観測ポートが曇りにくい。したがって、上記特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングの検出精度が、エッチング残渣によって低下するのを抑制できる。
【００３０】
この発明の半導体レーザ素子製造方法は、基板上に積層された互いに組成が異なる複数の化合物半導体層を、ストライプ状のパターンをもつマスクを用いてエッチングして、上記基板上に上記複数の化合物半導体層からなるストライプ状のリッジ部を形成する半導体レーザ素子製造方法であって、
チャンバ内に上記複数の化合物半導体層が積層された上記基板を収容し、上記チャンバ内にプラズマを発生させて上記複数の化合物半導体層のうち上記マスクの両側に相当する部分を上層から下層へ向かってエッチングするとともに、
上記チャンバ内のプラズマの発光スペクトルを観測して、上記発光スペクトルの変化に基づいて上記複数の化合物半導体層のうちの特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを検出し、
上記プラズマによる上記特定の化合物半導体層のエッチングを継続しながら、レーザ干渉法によって上記特定の化合物半導体層のエッチングレートを算出し、
上記エッチング開始タイミングと上記エッチングレートとに基づいて、上記特定の化合物半導体層が所定の深さまでエッチングされるようにエッチング終了タイミングを設定し、上記エッチング終了タイミングで上記プラズマによるエッチングを停止して、上記複数の化合物半導体層のうち上記マスクの直下に残っている部分を上記リッジ部の少なくとも一部とすることを特徴とする。
【００３１】
この発明の半導体レーザ素子製造方法によれば、上記発明のドライエッチング方法に関して述べたのと同様に、上記特定の化合物半導体層が所定の深さまで精度良くエッチングされる。したがって、化合物半導体層からなるリッジ部を精度良く形成できる。
【００３２】
一実施形態の半導体レーザ素子製造方法は、
上記特定の化合物半導体層は或るエッチング液でエッチング可能な材料から成るとともに、上記特定の化合物半導体層の下層に上記エッチング液に対する耐性をもつエッチングストップ層が設けられており、
上記特定の化合物半導体層の上記プラズマによるエッチングを停止した後、上記特定の化合物半導体層を上記エッチング液でエッチングして、上記エッチングストップ層の表面を露出させるとともに、上記リッジ部の幅を調整することを特徴とする。
【００３３】
この一実施形態の半導体レーザ素子製造方法は、ドライエッチングによって上記特定の化合物半導体層が所定の深さまで精度良くエッチングされているので、それに続く上記エッチング液によるエッチングによって、化合物半導体層からなるリッジ部を精度良く形成できる。
【００３４】
一実施形態の半導体レーザ素子製造方法は、
上記複数の化合物半導体層は、上記特定の化合物半導体層としてのＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、その表面に積層されたＧａＩｎＰ中間層とを少なくとも含み、
上記ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のエッチング開始タイミングを、上記Ａｌ元素の発光スペクトルを観測して検出することを特徴とする。
【００３５】
この一実施形態の半導体レーザ素子製造方法は、上記Ａｌ元素の発光スペクトルを観測して検出することによって、上記ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のエッチング開始タイミングを精度良く検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３７】
図３は、この発明の一実施形態のドライエッチングシステムの構成を示している。このドライエッチングシステムは、基板上に積層された互いに組成が異なる複数の化合物半導体層をエッチングするように設計されている。
【００３８】
このドライエッチングシステムは、市販のＩＣＰ（誘導結合プラズマ）ドライエッチング装置８０と、エッチングレート算出部として働くレーザ光干渉型終点検知装置４０と、プラズマモニタ部として働くプラズマモニタ装置５０と、制御部として働く終点検知制御パソコン６０とを備えている。
【００３９】
ＩＣＰドライエッチング装置８０は、複数の化合物半導体層が積層された基板（これを「ウェハ」と呼び、符号２０で示す。）を収容するチャンバ８１と、チャンバ８１内に誘導結合方式によってプラズマ８２を発生させる図示しないプラズマ発生部とを有している。このプラズマ発生部は、チャンバ８１内に供給されるエッチングガス（後述する塩素系ガスなど）に高周波の電界及び磁界を印加してプラズマを発生させるようになっている。
【００４０】
チャンバ８１上には、このチャンバ８１の壁面を通してプラズマ８２の発光スペクトルを観測するためのプラズマ光観測ポート５１が設けられている。この観測ポート５１は、ウェハ２０の直上に相当する位置に設けられている。これにより、プラズマ８２の発光スペクトルの検出感度が高まる。したがって、上記特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミング（後述）を精度良く検出できる。また、この観測ポート５１は、チャンバ８１内のプラズマ放電領域から５０ｍｍ以上離れた位置に設けられている。これにより、観測ポート５１にエッチング残渣が付着しにくく、観測ポート５１が曇りにくい。したがって、上記特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングの検出精度が低下するのを抑制できる。観測ポート５１に取り込まれたプラズマ光は、光ファイバ７４を通してプラズマモニタ装置５０へ送られる。
【００４１】
プラズマモニタ装置５０は、発光スペクトルの変化に基づいて上記複数の化合物半導体層のうちの特定の化合物半導体層のエッチング開始タイミングを検出する。例えば、上記複数の化合物半導体層が、特定の化合物半導体層としてのＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、その表面に積層されたＧａＩｎＰ中間層とを含む場合に、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のエッチング開始タイミングを、Ａｌ元素の発光スペクトルを観測して検出する。このプラズマモニタ装置５０の出力は、特定元素（上の例ではＡｌ元素）の発光スペクトルが発生したことを表す特定元素プラズマ光検知信号（つまり、Ａｌ元素プラズマ光検知信号）として、ケーブル７５を通して終点検知制御パソコン６０へ送られる。なお、この例では、プラズマモニタ装置５０は、プラズマ光をキャッチすると自動的に起動して、プラズマの観測を開始するようになっている。
【００４２】
また、チャンバ８１上には、プラズマ光観測ポート５１に並べて、ウェハ２０の直上に相当する位置にレーザユニット４１が設けられている。このレーザユニット４１は、チャンバ８１の壁面を通してウェハ２０へレーザ光を照射する図示しないレーザ光源（図示省略）と、ウェハ２０からの反射光を受けて電気信号に変換する受光素子（図示省略）とを内蔵している。このレーザユニット４１の出力（電気信号）は、ケーブル７１を通してレーザ光干渉型終点検知装置４０へ送られる。
【００４３】
レーザ光干渉型終点検知装置４０は、ケーブル７２を介してＩＣＰドライエッチング装置８０と接続されるとともに、ケーブル７３を介して終点検知制御パソコン６０と接続されている。このレーザ光干渉型終点検知装置４０は、ＩＣＰドライエッチング装置８０からケーブル７２を通してプラズマ放電開始信号を受けると、起動するようになっている。このレーザ光干渉型終点検知装置４０は、市販のＩＣＰドライエッチング装置８０に付属している既存のものであるが、この例では特に、プラズマによる特定の化合物半導体層のエッチング中に、レーザ干渉法によってその特定の化合物半導体層のエッチングレートを算出するために働く。このレーザ光干渉型終点検知装置４０が算出したエッチングレートは、エッチングレート信号として、ケーブル７３を介して終点検知制御パソコン６０へ送られる。
【００４４】
終点検知制御パソコン６０は、プラズマモニタ装置５０が検出したエッチング開始タイミングとレーザ光干渉型終点検出装置４０が算出したエッチングレートとに基づいて、特定の化合物半導体層が所定の深さまでエッチングされるようにプラズマによるエッチングを停止するエッチング終了タイミングを設定する。特に、この終点検知制御パソコン６０は、ウェハ２０のエッチングに先立って予め上記特定の化合物半導体層が基板上に積層された厚さとプラズマによるエッチングの停止時に基板上に残るべき厚さ（残り代厚）とが入力されるようになっており、上記特定の化合物半導体層のエッチング中にエッチング終了タイミングの算出をリアルタイムで迅速に行う。そして、この終点検知制御パソコン６０は、エッチング終了タイミングになると、プラズマによるエッチングを停止することを表す装置停止信号を、ケーブル７３を介してレーザ光干渉型終点検出装置４０へ送る。レーザ光干渉型終点検出装置４０は、終点検知制御パソコン６０から装置停止信号を受けると、それを直ちにＩＣＰドライエッチング装置８０へ転送してプラズマ発生部によるプラズマ発生を停止させて、エッチングを終了させる。
【００４５】
次に、このドライエッチングシステムを用いたドライエッチングを実施して、図１に示したＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を作製する方法について説明する。
【００４６】
（１）  まず、図１中のｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長法により、ｎ型ＧａＩｎＰ中間層２と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）をもつ活性層４と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ａと、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層６と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（厚さ１２００ｎｍ〜１５００ｎｍ）５Ｂと、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層（厚さ５０ｎｍ）７と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層（厚さ３００ｎｍ〜５００ｎｍ）８とが順次積層されたものを用意する。このように複数の化合物半導体層が積層されたものが、図２（ａ）にウェハ２０として示されている。なお、図２（ａ）および図２（ｂ）〜図２（ｉ）では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ａよりも下層については、図示を省略している。
【００４７】
（２）  次に、図２（ａ）中に示すように、ウェハ２０の最上層であるｐ型ＧａＡｓキャップ層８の表面に、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法によってＳｉＯ２膜１５を成膜する。そして、一般的なフォトリソグラフィ処理を施して、形成すべきリッジ部３０のパターンに対応したストライプ状のパターンをもつレジストマスク１４を形成する。
【００４８】
具体的には、このフォトリソグラフィ処理では、まずスピンコート法でｐ型ＧａＡｓキャップ層８の表面に約１μｍの厚みのポジ型レジスト膜を塗布する。次に、目標リッジ幅となるようなストライプのパターンをもつフォトマスクを用いて露光し、現像を行う。その後、９０℃〜１１０℃の温度で１０分間〜２０分間だけポストベーキングを実施する。これにより、ストライプ状のパターンをもつレジストマスク１４を形成する。
【００４９】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）を行って、ＳｉＯ２膜１５のうちレジストマスク１４に覆われていない部分を除去する。これにより、リッジ部形成のためのストライプ状パターンのＳｉＯ２マスク（その材料と同じ符号１５で示す。）を形成する。この後、レジストマスク１４を除去する。
【００５０】
（３）  次に、図２（ｃ）に示すように、上述のドライエッチングシステムを用いたドライエッチングを行って、積層されたｐ型ＧａＡｓキャップ層８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂ（この例では層厚１２００ｎｍ〜１５００ｎｍ）のうちのＳｉＯ２マスク１５の両側に相当する部分を、上層から下層へ向かってｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ａの途中の深さ（この例では、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層６の表面から１００Å〜５００Åの位置）までエッチングする。
【００５１】
このドライエッチングの方法を、適宜図４のフローを参照しながら、次に具体的に説明する。
【００５２】
まず、図３中に示した終点検知制御パソコン６０に、ウェハ２０のｐ型ＧａＩｎＰ中間層７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂの合算の厚さ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのうちプラズマエッチングの停止時に基板上に残るべき厚さ（この例では、１００Å〜５００Åである。）を入力して設定する。
【００５３】
次に、ＩＣＰドライエッチング装置８０のチャンバ８１内にウェハ２０を収容し、ドライエッチング処理を実行するためのプログラム（ＩＣＰドライエッチング装置８０に内蔵された公知のもの）をスタートさせる。これにより、まずエッチングガス圧、基板温度等の所定の条件が整った段階で、ＩＣＰドライエッチング装置８０のプラズマ発生部によってプラズマ放電が開始されて、エッチングが開始される（図４のＳ１）。この例では、チャンバ８１内に供給するエッチングガスは、塩素、四塩化珪素、または三塩化ホウ素等の塩素系ガスとアルゴンガスとの混合ガスとする。なお、プラズマを安定させるために、キャリアガスとしてヘリウムガスやキセノンガスを混合してもよい。また、チャンバ８１内の圧力は０．１６Ｐａ〜１．３Ｐａの範囲内とする。また、プラズマ放電させるためのＩＣＰコイルへの高周波印加電力設定値は６００Ｗ〜８００Ｗの範囲内、エッチングの垂直性を高めるためにウェハに印加する高周波バイアス電力設定値は１００ｍＷ〜１５０ｍＷの範囲内とする。
【００５４】
このプラズマ放電が開始された時点で、ＩＣＰドライエッチング装置８０からケーブル７２を通してプラズマ放電開始信号を受けて、それに伴ってレーザ光干渉型終点検知装置４０が起動する（図４のＳ２）。また、プラズマモニタ装置５０は、光ファイバ７４を通してプラズマ光をキャッチして自動的に起動し、プラズマの観測を開始する（図４のＳ３）。
【００５５】
この状態でエッチングが進行して、積層されたｐ型ＧａＡｓキャップ層８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層７うちのＳｉＯ２マスク１５の両側に相当する部分が除去され、続いてｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのエッチングが開始される。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのエッチングが開始されると、プラズマ８２中にＡｌ元素の発光スペクトルが発生する。すると、プラズマモニタ装置５０が、このＡｌ元素の発光スペクトルに基づいてＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのエッチング開始タイミングを検出して、特定元素プラズマ光検知信号としてのＡｌ元素プラズマ光検知信号を終点検知制御パソコン６０へ送る（図４のＳ４）。Ａｌ元素プラズマ光検知信号を受けると、終点検知制御パソコン６０は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５のエッチング時間の積算を開始する。
【００５６】
なお、本発明者は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂの層厚が１５ｎｍ以上であれば、Ａｌ元素のプラズマが十分にチャンバ内に広がって、Ａｌの発光スペクトルを検出できることを実験により確認した。逆に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂの層厚が１５ｎｍ未満であれば、Ａｌの発光スペクトルを正確には検出できない。この例では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５の層厚（１２００ｎｍ〜１５００ｎｍ）は１５ｎｍよりも十分に厚いので、問題がない。
【００５７】
プラズマによるｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのエッチング継続中に、レーザ光干渉型終点検知装置４０が、公知のレーザ干渉法によって、予め設定された測定時間のレーザ干渉波形をモニタすることでｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂの平均的なエッチングレートを算出する（図４のＳ５）。その測定時間は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５の層厚から考えてエッチングの進行がｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層６に達しない範囲で、かつ、なるべく長くなるように設定する。このようにｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのエッチング継続中にエッチングレートを算出する場合、エッチング開始直後とは異なり、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのレーザ光干渉波形が安定したものとなる。したがって、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂの平均的なエッチングレートを精度良く算出できる。
【００５８】
なお、レーザ光干渉型終点検知装置４０を用いずに、プラズマモニタ装置５０によるプラズマ８２の観測データだけで、或る２層間のエッチング時間に基づいてエッチングレートを算出する方法も考えられる。しかしながら、その方法では、新たにエッチングレートを測定するために積層中にプラズマ光検出用の化合物半導体層をもう１層入れなければならない。その上、その２つのモニタ層間の距離は、エピタキシャル成長による層厚ばらつきの影響を受けるため、正確なエッチングレートを求めることが難しい。これに対して、この発明のようにレーザ干渉法によって一つの化合物半導体層（この例ではｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂ）の屈折率及びレーザ波長に基づいてエッチングレートを求める場合は、余分な化合物半導体層を介挿する必要がない。しかも、エピタキシャル成長による層厚ばらつき（通常は±２％程度）に比べて屈折率ばらつきが１％以下と小さいことから、エッチングレートを精度良く求めることができる。
【００５９】
レーザ光干渉型終点検知装置４０が算出したｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのエッチングレートは、エッチングレート信号として、ケーブル７３を介して終点検知制御パソコン６０へ送られる。
【００６０】
次に、プラズマによるｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのエッチング継続中にリアルタイムで、終点検知制御パソコン６０が、図４のステップＳ４で得られたエッチング開始タイミングとステップＳ５で得られたエッチングレートとに基づいて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂが所定の深さまでエッチングされるようにエッチング終了タイミング（エッチング停止時間）を算出して設定する（図４のＳ６）。そして、エッチング終了タイミングが到来した時点で、終点検知制御パソコン６０は、プラズマによるエッチングを停止することを表す装置停止信号を、ケーブル７３を介してレーザ光干渉型終点検出装置４０へ送る。レーザ光干渉型終点検出装置４０は、終点検知制御パソコン６０から装置停止信号を受けると、それを直ちにＩＣＰドライエッチング装置８０へ転送してプラズマ発生部によるプラズマ発生を停止させて、エッチングを終了させる（図４のＳ７）。
【００６１】
このようにした場合、図２（ｃ）に示したように、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ａの途中の深さ（この例では、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層６の表面から１００Å〜５００Åの位置）まで精度良くエッチングでき、精度良くパターン加工できる。
【００６２】
なお、一般に、ドライエッチング処理を複数バッチ連続して行えば、たとえチャンバ内の温度制御を行っていたとしても、ドライエッチング処理を連続して行う間にチャンバ内の温度が上昇するため、バッチ間のエッチングレートばらつきが生じる。しかしながら、このドライエッチング方法では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのエッチング終了タイミング設定をバッチ毎に行えるので、ドライエッチング処理を連続して行う間にチャンバ８１内の温度が上昇したとしても、各バッチ（枚葉式の場合は各ウェハ）についてｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂのエッチング終了タイミングを適切に設定できる。したがって、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂが所定の深さまで精度良くエッチングされる。
【００６３】
（４）  次に、図２（ｄ）に示すように、硫酸・過酸化水素系またはアンモニア・過酸化水素系をエッチング液として用いて、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８を、主として横方向（図２において）にエッチングする。これにより、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８の横幅を、所定の幅（最終的なｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５Ｂの横幅と実質的に一致する幅）にする。
【００６４】
このエッチングは、リッジ部３０の側面を実質的に垂直に仕上げるために必要な処理である。つまり、次工程でフッ酸を用いてｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５をエッチングした場合に、フッ酸に耐性のあるｐ型ＧａＩｎＰ中間層７とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５との間の界面で横方向にエッチング（サイドエッチング）が進行して、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５の横幅が減少する。このため、予めｐ型ＧａＡｓキャップ層８の横幅を減らしておく処理が、後述するｐ型ＧａＩｎＰ中間層７の端部を除去する処理と併せて、必要とされる。
【００６５】
続いて、図２（ｅ）に示すように、フッ酸をエッチング液として用いて、ＳｉＯ２マスク１５を除去するとともに、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５をエッチングする。ここで、ＧａＩｎＰエッチングストップ層６はフッ酸に対して耐性があるため、ウェハ表面に対して垂直方向のエッチングはエッチングストップ層６の表面が露出した時点で停止する。あとは、フッ酸による横方向のエッチングによって、リッジ部３０が所定の横幅になるような時間までエッチングを継続して終了する。
【００６６】
続いて、図２（ｆ）に示すように、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５の側面に対して庇状に突出しているｐ型ＧａＩｎＰ中間層７の端部７ｅ，７ｅを、次に述べる手順で除去する。すなわち、まず、ウェハ２０上にポジ型レジスト１６をスピンコートで塗布し、レジスト塗布面を全面露光して現像する。これにより、リッジ部３０においてｐ型ＧａＩｎＰ中間層７よりも上部のレジスト１６のみを除去して、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層７よりも下部にレジスト１６を残す。そして、塩酸系エッチング液または飽和臭素系エッチング液を用いてエッチングを行って、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層７の端部７ｅ，７ｅを除去する。これにより、ストライプ状のリッジ部３０が最終的な形状に仕上がる。
【００６７】
この後、図２（ｇ）に示すように、溶剤を用いてレジスト１６を除去する。
【００６８】
（５）  次に、図２（ｈ）に示すように、ウェハ２０上に、プラズマＣＶＤ法によって全面にＳｉＯ２膜９を形成する。そして、ＳｉＯ２膜９のうちリッジ部３０の上部を覆う不要部分を除去するために、フォトリソグラフィ処理を行って、その部分以外の領域を覆うようにレジスト１７を設ける。そして、ウェットエッチング処理を行って、ＳｉＯ２膜９のうちリッジ部３０の上部を覆う不要部分を除去する。
【００６９】
（６）  この後、図２（ｉ）に示すように、その状態のウェハ２０上に蒸着法によって全面にＡｕＺｎ膜１０を成膜する。さらに、リフトオフを行って、リッジ部３０上のみにＡｕＺｎ膜１０を残し、熱処理を行う。これにより、電流狭窄部分であるリッジ部３０上にオーミック電極（材料であるＡｕＺｎ膜と同じ符号１０で示す。）を形成する。引き続き、スパッタ法等によって、図１中に示したＴｉ／Ａｕ膜１２を成膜した後、電極パターン形状に合わせて厚さ１μｍ〜３μｍのＡｕメッキ膜１３を形成する。これにより、Ｐ側の電極が完成する。その後、所望の厚みになるようにＧａＡｓ基板１の裏面を研削等で除去（厚み加工処理）した後、Ｎ側電極膜をスパッタ法等で形成し、熱処理を施す。これにより、Ｎ側電極１１が完成する。
【００７０】
このようにしてリッジ型半導体レーザウエハの製作が完了する。
【００７１】
なお、電極がリッジ部３０に与える応力を考慮して、オーミック電極１０形成後、厚み加工処理とＮ側電極１１形成を先に行い、その後、Ｔｉ／Ａｕスパッタ、めっき膜を形成しても良い。また、Ｔｉ／Ａｕ膜１２の代わりに、Ｍｏ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜等を設けても良い。
【００７２】
上述の実施形態では、レーザ光干渉型終点検知装置４０が付属している市販のＩＣＰドライエッチング装置８０に、新たにプラズマモニタ装置５０および終点検知制御パソコン６０を付加することによって、ドライエッチングシステムを構築した。しかしながら、ドライエッチングの終了タイミングを設定する基本的な方法が同じであれば、上述のドライエッチングシステムと同一構成にする必要はない。例えば、制御部としての終点検知制御パソコン６０の機能をレーザ光干渉型終点検知装置４０のプログラムに組み込んで、終点検知制御パソコン６０とレーザ光干渉型終点検知装置４０とを一体化しても良い。
【００７３】
また、この実施形態では、プラズマ発生方式として、ＩＣＰドライエッチング装置８０、つまり誘導結合方式（コイル型）を採用した。プラズマ発生方式は、必ずしも誘導結合方式に限られるものではないが、図３中に示したプラズマ光観測ポート５１を通してプラズマ８２の発光スペクトルを観測するため、および、レーザユニット４１によってウェハ２０にレーザ光を照射し反射光を観測するために、ウェハ２０の上方に電極などの遮蔽物が存在しない方式が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】作製すべきＡｌＧａＩｎＰ系リッジストライプ型半導体レーザ素子の断面構造を示す図である。
【図２】この発明の一実施形態の半導体レーザ素子製造方法を説明する工程図である。
【図３】この発明の一実施形態のドライエッチングシステムの構成を示す図である。
【図４】この発明の一実施形態のドライエッチング方法のフローを示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
５Ａ、５Ｂ  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６  ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層
７  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
８  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
２０  ウェハ
３０  リッジ部
４０  レーザ光干渉型終点検知装置
５０  プラズマモニタ装置
６０  終点検知制御パソコン
８０  ＩＣＰドライエッチング装置
【図１】
2007258551.tif 000003
【図２】
2007258551.tif 000004
【図３】
2007258551.tif 000005
【図４】
2007258551.tif 000006